Теоретические основы метода

К оптическим (спектральным) методам анализа относятся методы, основанные на взаимодействии электромагнитного излучения с веществом.

Это взаимодействие приводит к различным энергетическим переходам, которые регистрируются экспериментально в виде поглощения, излучения, отражения и рассеяния электромагнитного излучения.

Отражение света

Рассеяние света

Поглощение света

Люминесценция

Рис. 1 Общая картина взаимодействия электромагнитного

излучения с веществом

Электромагнитное излучение может быть охарактеризовано следующими параметрами:

– длина волны (λ) – расстояние между двумя максимумами волны, м, нм, мкм.

λ 1 нм = 10‾⁹ м

1 мкм = 10‾⁶ м

– частота (ν) – число колебаний в 1 секунду, с‾¹ или Гц.

(2)

где с – скорость света в вакууме (2,9979∙10⁸ м/с).

– волновое число () – число длин волн, приходящихся на 1 см пути излучения в вакууме, см‾¹.

(3)

– энергия излучения (Е), Дж или эВ.

Е = hν, (4)

где h – постоянная Планка (6,626∙10‾³⁴ Дж∙с).

Важнейшей характеристикой электромагнитного излучения является его спектр, т.е. совокупность различных значений, которые может принимать данная физическая величина. Совокупность всех частот или длин волн электромагнитного излучения называется электромагнитным спектром.

Интервал длин волн от 10‾¹⁰ до 10‾¹ м разбивают на области:

УФ види- ИК

мая

Рентгеновское

излучение Радиоволны

λ, нм 10 10² 10³ 10⁴ 10⁵ 10⁶

Рис. 2. Области электромагнитного спектра

Ультрафиолетовая область (УФ) охватывает диапазон 10-380 нм, инфракрасная область (ИК) – 750-1·10⁵ нм, видимый свет занимает узкую область – 380-750 нм.

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ ОПТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА

1. Методы, основанные на поглощении веществом светового потока. К ним относятся фотоколориметрия и спектрофотометрия.

2. Методы, основанные на излучении веществом электромагнитных волн. К ним относятся фотометрия пламени, атомно-флуоресцентный анализ и др.

Фотометрический анализ (молекулярная абсорционная спектроскопия) основан на способности вещества поглощать электромагнитные излучения оптического диапазона. В основе фотометрического анализа лежит избирательное поглощение света частицами (молекулами и ионами) вещества в растворе. При некоторых длинах волн свет поглощается интенсивно, а при некоторых – не поглощается совсем.

Методы фотометрического анализа

фотоколориметрия спектрофотометрия

анализ на основе измерения анализ на основе измерения

поглощения излучения видимой поглощения УФ, видимой и

области спектра ИК областей спектра

Прибор: Прибор: спектрофотометр

фотоэлектроколориметр (ФЭК)

Фотоколориметрические методы широко распространены в работе клинических лабораторий для количественного определения йода, азота, мочевой кислоты в моче, билирубина и холестерина в крови и желчи, гемоглобина в крови и т.д. В санитарно-гигиеническом анализе колориметрия применяется для определения аммиака, фтора, нитратов и нитритов, солей железа, витаминов и других веществ.

Фотоколориметрический метод анализа основан на сравнении интенсивности окраски исследуемого раствора с окраской раствора, концентрация которого неизвестна. Раствор с известной концентрацией называется стандартным или образцовым раствором.

В основе фотоколориметрического анализа лежит закон светопоглощения Бугера-Ламберта-Бера. При прохождении светового потока через поглощающий раствор интенсивность прошедшего светового потока (I) отличается от интенсивности падающего светового потока (I_o) на поглощение света раствором.

I

I₀ I

b (толщина кюветы)

Рис. 3. Прохождение светового потока через поглощающую среду

Отношение I/I_o называется пропусканием раствора и обозначается Т.

(5)

– важная характеристика раствора, называется оптической плотностью D:

(6)

Обычно Т выражают в %:

(7)

Уменьшение интенсивности света при прохождении через поглощающий раствор подчиняется закону Бугера-Ламберта-Бера:

I = I₀ · 10‾^cb или D = ε bc, (8)

где ε – молярный коэффициент поглощения, являющийся основной характеристикой поглощения света системой при данной длине волны.